一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法技术

本发明专利技术公开了一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法，属于金属材料疲劳损伤分析技术领域。在待测试件的中间放置探头，将待测试件的两端固定，待测试件的中间悬挂一个重物，通过重物的重力对待测试件产生拉伸进行产生疲劳。在待测试件上制作在线监测应变的支撑架，支撑架内放置超声换能器。非线性声学检测设备的高能脉冲信号输出端通过50欧姆阻抗匹配、双工器后，与超声波换能器进行交互，经待测试件反射后接收反射的超声波信号。本发明专利技术能够实现金属材料的在线监测可以评价外界载荷长期作用下在役工件的力学状况，降低了由于金属工件断裂失效造成的工程项目风险，解决了现有设备成本高、操作复杂的缺点，具有商业应用推广价值。

Method for on-line monitoring strain variation of metal material by non-linear ultrasonic

The invention discloses a method for on-line monitoring the strain variation of metal materials by non-linear ultrasonic, belonging to the technical field of fatigue damage analysis of metal materials. A probe is arranged in the middle of the test piece to be fixed, the two ends of the test piece are fixed, a weight is hung in the middle of the test piece, and the tensile test is carried out by the gravity of the heavy object to produce fatigue. A support frame for on-line monitoring strain is arranged on the test piece to be arranged, and an ultrasonic transducer is arranged in the support frame. The output of high energy pulse signal of nonlinear acoustic detection device is connected with ultrasonic transducer through 50 ohm impedance matching and duplexer, and then reflected ultrasonic signal is received after the test piece is reflected. The invention can realize the on-line monitoring of metal materials can be long-term effect evaluation under external loads in mechanical condition existing workpiece, reduces the failure of project risk caused by metal workpiece fracture, solves the high cost of equipment and complex faults, with commercial application value.

【技术实现步骤摘要】
一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法
本专利技术涉及一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法，属于金属材料疲劳损伤分析

技术介绍
在工业生产和日常生活中起到重要支撑和保护作用的金属材料构件，外界长期的载荷作用和恶劣环境导致了力学性能的不断退化，其中材料应变变化尤为明显，因此可以通过对服役过程中金属材料应变的监测实现金属力学性能的评价。无损检测技术在金属材料疲劳度检测上的应用也很普遍，常用的检测方法有红外检测、涡流检测、微波检测、电磁声发射检测等方法。超声无损检测技术是根据超声波在固体材料中传播过程中遇到不连续界面和不均匀介质造成声波的衰减、反射以及散射现象，进而实现非金属材料、金属材料多种材料性能评价，具有方向性好、穿透力强等优点，是实现材料结构安全性重要检测手段，但是该方法检测缺陷往往是材料的宏观缺陷，而对材料性能退化出现应变变化不敏感。随着力学、声学和材料学领域的一些研究进展，发现材料内部疲劳损伤和微裂纹引起的非线性力学行为通过非线性超声检测方法能够得到很好的反映，在评估材料性能方面，非线性超声方法明显优于其他几种检测方法。所以采用非线性超声技术来实现金属材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法，其特征在于：首先根据固体材料内的一维非线性超声波动方程：

【技术特征摘要】
1.一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法，其特征在于：首先根据固体材料内的一维非线性超声波动方程：其中K2为固体材料的二阶弹性常数弹性常数，K3为固体材料的三阶弹性常数，ρ是固体材料的密度，u是声波在固体材料传播过程中引起质点振动的位移，u是关于(x,t)的函数，x表示位于x坐标轴的位置，t是声波传播的时间；假设入射声波形式为：u(0,t)＝Asin(ωt)，u是入射声波引起的质点位移，ω是入射声波的角频率，t是声波传播时间，A是入射声波振动幅值；代入式(1)中进行求解得到：其中A1是基波幅值，k是声波波数，k＝ω/c，x是声波传播距离；β是非线性参数，β与K2、K3有关，为：定义式(2)中二次谐波幅值A2：将式(4)表达式进行整理，得到非线性参数另一种表达形式：由式(5)看出非线性参数与声波的波数、传播距离，基波和二次谐波幅值有关；检测过程中，声波的波数k和传播距离x是固定值，将非线性参数进一步化简，使用相对超声非线性参数β′：β′表示超声非线性参数数β的变化情况；材料的早期力学性能退化会导致材料的弹性常数发生变化，因此非线性参数表征材料力学性能的变化；但是由于材料的高阶弹性常数很难实现测量，根据非线性波动方程求解得到非线性参数的谐波幅值表达公式，即式(6)实现非线性参数的测量；由式(6)可知，通过测量非线性声波的基波幅值与二次谐波幅值就实现非线性参数的计算；该参数的变化反映了此时材料力学性能状况，从而实现待测样品应变变化的实时监测；非线性声波的谐波幅值微弱，容易收到测量仪器及噪声的干扰，造成测量结果的不准确性；假设进行了n次非线性声波测量，可以得到基波幅值、二次谐波幅值为A1(i)，A2(i)，i取值范围为1，2，3...n，n取正整数；本方法采用矫正后的非线性参数具体如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：李海洋，王召巴，高翠翠，潘强华，肖雨，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14